Por mais de um século, os astrônomos sabem que o Universo está se expandindo desde o Big Bang. Nos primeiros 8 bilhões de anos, a taxa de expansão foi relativamente consistente, uma vez que foi retida pela força da gravitação.
No entanto, graças a missões como o Telescópio Espacial Hubble, os astrônomos descobriram que há cerca de 5 bilhões de anos, a taxa de expansão está acelerando.
Isso levou à teoria amplamente aceita de que uma força misteriosa está por trás da expansão (conhecida como Energia Escura), enquanto alguns insistem que a força da gravidade pode ter mudado ao longo do tempo.
Esta é uma hipótese controversa, pois significa que a Teoria Geral da Relatividade de Einstein (que foi validada de nove maneiras) está errada.
Mas de acordo com um novo estudo da colaboração internacional Dark Energy Survey (DES), a natureza da gravidade permaneceu a mesma ao longo de toda a história do Universo.
Essas descobertas ocorrem pouco antes de dois telescópios espaciais de última geração (Nancy Grace Roman e Euclid) serem enviados ao espaço para realizar medições ainda mais precisas da gravidade e seu papel na evolução cósmica.
A Colaboração DES é composta por pesquisadores de universidades e institutos dos EUA, Reino Unido, Canadá, Chile, Espanha, Brasil, Alemanha, Japão, Itália, Austrália, Noruega e Suíça.
Suas descobertas do terceiro ano foram apresentadas na Conferência Internacional de Física de Partículas e Cosmologia (COSMO’22), que aconteceu no Rio de Janeiro de 22 a 26 de agosto.
Eles também foram compartilhados em um artigo intitulado “Dark Energy Survey Year 3 Results: Constraints on extensions to Lambda CDM with fraco lensing and galaxy clustering” que apareceu na revista da American Physical Society Physical Review D.
A Teoria Geral da Relatividade de Einstein, que ele finalizou em 1915, descreve como a curvatura do espaço-tempo é alterada na presença da gravidade.
Por mais de um século, essa teoria previu com precisão quase tudo em nosso Universo, desde a órbita de Mercúrio e as lentes gravitacionais até a existência de buracos negros.
Mas entre as décadas de 1960 e 1990, foram descobertas duas discrepâncias que levaram os astrônomos a se perguntarem se a teoria de Einstein estava correta. Primeiro, os astrônomos notaram que os efeitos gravitacionais de estruturas massivas (como galáxias e aglomerados de galáxias) não estavam de acordo com sua massa observada.
Isso deu origem à teoria de que o espaço é preenchido com uma massa invisível que interage com a matéria ‘normal’ (também conhecida como ‘luminosa’ ou visível) por meio da gravidade. Enquanto isso, a expansão observada do cosmos (e como ele está sujeito à aceleração) deu origem à teoria da Energia Escura e ao modelo cosmológico Lambda Cold Dark Matter (Lambda CDM).
Cold Dark Matter é uma interpretação onde esta massa é composta por partículas grandes e lentas, enquanto Lambda representa a Energia Escura. Em teoria, essas duas forças constituem 95% do conteúdo total de massa-energia do Universo, mas todas as tentativas de encontrar evidências diretas delas falharam.
A única alternativa possível é que a Relatividade precisa ser modificada para levar em conta essas discrepâncias. Para descobrir se esse é o caso, membros do DES usaram o Telescópio Victor M. Blanco de 4 metros no Observatório Interamericano Cerro Telolo, no Chile, para observar galáxias a até 5 bilhões de anos-luz de distância.
Eles esperavam determinar se a gravidade variou nos últimos 5 bilhões de anos (desde que a aceleração começou) ou em distâncias cósmicas. Eles também consultaram dados de outros telescópios, incluindo o satélite Planck da ESA, que mapeia o Fundo de Microondas Cósmica (CMB) desde 2009.
Eles prestaram muita atenção em como as imagens que viram continham distorções sutis devido à matéria escura (lentes gravitacionais). Como a primeira imagem divulgada pelo Telescópio Espacial James Webb (JWST) ilustrou, os cientistas podem inferir a força da gravidade analisando até que ponto uma lente gravitacional distorce o espaço-tempo.
Até agora, a DES Collaboration mediu as formas de mais de 100 milhões de galáxias, e todas as observações correspondem ao que a Relatividade Geral prevê. A boa notícia é que a teoria de Einstein ainda se mantém, mas isso também significa que o mistério da Energia Escura persiste por enquanto.
Felizmente, os astrônomos não terão que esperar muito até que dados novos e mais detalhados estejam disponíveis. Primeiro, há a missão Euclid da ESA, com lançamento previsto para 2023, o mais tardar. Esta missão irá mapear a geometria do Universo, olhando 8 bilhões de anos no passado para medir os efeitos da Matéria Escura e da Energia Escura.
Em maio de 2027, ele será acompanhado pelo Telescópio Espacial Nancy Grace Roman da NASA, que terá mais de 11 bilhões de anos. Estas serão as pesquisas cosmológicas mais detalhadas já realizadas e espera-se que forneçam as evidências mais convincentes a favor (ou contra) o modelo Lambda-CDM.
Como a coautora do estudo Agnès Ferté, que conduziu a pesquisa como pesquisadora de pós-doutorado no JPL, disse em um recente comunicado de imprensa da NASA:
“Ainda há espaço para desafiar a teoria da gravidade de Einstein, à medida que as medições se tornam cada vez mais precisas. sobre este problema como fizemos com o Dark Energy Survey.”
Além disso, as observações fornecidas pelo Webb das primeiras estrelas e galáxias do Universo permitirão aos astrônomos mapear a evolução do cosmos desde seus primeiros períodos. Esses esforços têm o potencial de responder a alguns dos mistérios mais urgentes do Universo.
Estes incluem como a Relatividade e a massa observada e a expansão do Universo coincidem, mas também podem fornecer informações sobre como a gravidade e as outras forças fundamentais do Universo (conforme descrito pela mecânica quântica) interagem – uma Teoria de Tudo (ToE).
Se há uma coisa que caracteriza a era atual da astronomia, é a maneira como pesquisas de longo prazo e instrumentos de última geração estão se unindo para testar o que tem sido o material da teoria até agora.
Os avanços potenciais que podem levar a isso certamente nos encantarão e nos confundirão. Mas, em última análise, eles vão revolucionar a maneira como vemos o Universo.
Publicado em 30/08/2022 19h02
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